揭示铝水反应中Al(OH)3 双路径形成机制及其对产氢效率的调控作用

本研究针对铝水反应中氧化铝钝化层阻碍产氢效率的关键问题，通过构建NaOH-NaAlO2 混合体系（pH 13），发现0.5 M NaAlO2 可使产氢率达77.4%。电化学分析揭示反应经历Al2 O3 水合、Al(OH)4 - 生成及双路径（快/慢）转化为三水铝石（Gibbsite）和拜耳石（Bayerite）三阶段，为绿色氢能开发提供新策略。

　　

铝作为一种高活性金属，其与水的反应本应能高效产生氢气——理论产氢量可达1360 mL/g，是极具潜力的绿色能源解决方案。然而现实却充满挑战：铝表面自然形成的氧化铝（Al₂
O₃
）钝化层像一层坚固的盔甲，严重阻碍了反应进行。传统方法如高温高压、超声波处理等虽能破解这一困局，但能耗高、操作复杂。更令人困扰的是，反应过程中生成的氢氧化铝（Al(OH)₃
）会以不同晶型（如三水铝石和拜耳石）沉淀，这些"副产品"的命运如何影响产氢效率？这个谜题一直未被系统揭示。

来自印度尼西亚的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究，如同一位精明的化学侦探，通过巧妙设计NaOH-NaAlO₂
混合溶液体系（恒定pH 13），结合原位电化学监测，不仅将产氢效率提升至77.4%，更首次绘制出Al(OH)₃
形成的双路径图谱。他们发现，当钠铝酸盐（NaAlO₂
）浓度为0.5 M时，反应会经历三个戏剧性阶段：首先是OH^-
离子撕开Al_{23
的"盔甲"，接着铝酸盐离子（Al(OH)4
^-
）登场并释放氢气，最后这些离子会通过快慢两条不同路径，分别转化为三水铝石（Gibbsite）和拜耳石（Bayerite）。有趣的是，这种"双胞胎"沉淀物的形成竟受溶液稳定性调控——就像化学版的"龟兔赛跑"。}

关键技术方法
研究采用电化学阻抗谱（EIS）实时追踪反应进程，通过Arrhenius方程计算31-44 kJ/mol的活化能确认反应受化学控制。使用X射线荧光光谱（XRF）分析铝箔成分（95.77% Al），在恒温条件下测试不同NaAlO₂
浓度（0-0.75 M）对产氢量的影响。

氢气的生成
在0.5 M NaAlO₂
时达到产氢峰值，过量反而抑制反应。动力学分析显示反应符合收缩球体模型，表明表面反应是限速步骤。

结论与意义
这项工作不仅破解了铝水反应中Al(OH)₃
沉淀的"双路径密码"，更指出调控溶液组成可优化产氢效率。其价值如同发现化学反应中的"交通信号灯"——通过控制NaAlO₂
这个"信号灯"的明暗，就能指挥反应物选择快速或慢速通道。这一发现为开发"自维持"产氢系统（OH^-
循环利用）奠定基础，也让铝这种常见金属在碳中和征程中焕发新生。正如研究者Ruri Agung Wahyuono强调的，该方法无需复杂预处理，在常温常压下即可实现高效产氢，为分布式氢能源供应提供新思路。